新疆野生牛蒡種子生物學特性及耐鹽性研究

王晨曦，焦薈穎，蘇 雅，劉白潔，曹藍文，于瑋瑋

（天津農學院 園藝園林學院，天津300384）

牛蒡（Arctium lappa L.）為菊科牛蒡屬2年生草本直根類植物，在全國均有分布[1]。牛蒡中含有菊糖及揮發油、牛蒡酸、多種多酚物質及醛類，并富含纖維素和氨基酸，具有抗疲勞、抗氧化、抗腫瘤、抗炎、抗菌、抗病毒、抗癌及免疫調節等作用，可用于治療糖尿病、高血壓、高血脂等，是一種具有重要經濟價值的藥食同源植物[2－4]，在日本、韓國等發達國家和我國臺灣地區，已成為生活中不可缺少的蔬菜及保健等多功能食品[5]。

新疆野生牛蒡對土壤類型適應性廣泛，只要光照水分適宜，無論是沙土、壤土、黏土、鹽堿地甚至垃圾填埋處，牛蒡均能良好生長、開花、結果[6]。天津地處環渤海，土壤鹽漬化嚴重，鹽漬化土壤面積達4 303 km2，其中，重度和中度鹽漬化土壤面積分別為225 km2和635 km2，土壤含鹽量為0.1%～1.5%[7]，牛蒡作為一種有經濟價值的藥食同源植物，能否在濱海鹽漬化地區進行栽培和推廣，對鹽漬化土壤的利用以及經濟型藥用植物資源的開發均具有一定的指導意義。

種子萌發是植物生長周期的關鍵時期，易受外界環境因子的影響[8]。本試驗以新疆野生牛蒡種子為材料，研究其生物學特性和耐鹽性，旨在為鹽漬化地區牛蒡的栽培提供借鑒。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

新疆野生牛蒡種子由新疆伊犁野果林資源研究發展中心提供，種子于2015年8月中旬采集于新疆伊犁地區天山野果林，晾干后置于－20℃冰箱冷凍保存，待用。

1.2 試驗方法

試驗于2016年4—7月開展。

1.2.1 種子形態觀察 隨機抽取20粒大小均勻、顆粒飽滿、成熟的牛蒡種子，在徠卡體視顯微鏡下觀察種子的形狀、顏色、紋理和光澤度，并進行超微距攝影，用游標卡尺測量種子的長（縱徑）和寬（橫徑），并計算橫徑與縱徑的比值，重復3次，計算平均值。

1.2.2 種子千粒質量測定 采取百粒法測定，將種子去雜，隨機抽取牛蒡種子100粒，用萬分之一電子天平稱其質量，重復8次，取平均值，然后換算成千粒質量。

1.2.3 種子密度和孔隙度測定 隨機取牛蒡種子放入一個10 mL的量筒，種子的上表面與刻度平行，稱量此時種子的質量（M1），根據公式計算種子容重，設3個重復。

取有精確刻度的10 mL小量筒，內裝5 mL的水，將50粒種子稱質量，即為種子的絕對質量（M2），將種子放入量筒中，再次觀察記錄液面水平升高的刻度，即為種子樣品的絕對體積（V）。根據公式求出種子的比重，重復3次。根據容重計算種子密度與孔隙度。

1.2.4 種子的吸脹特性 隨機抽取牛蒡種子50粒，稱其干質量，放入燒杯，并加入25℃蒸餾水，置于25℃的恒溫培養箱中。在前12 h內每隔2 h取出1次，用濾紙吸干種子表面的水分后稱質量；再隔12 h取出稱質量；然后每隔24 h稱質量計數，直至96 h為止。計算種子各自的吸水率、吸水量、吸收速度，繪制吸水曲線，重復3次。

1.2.5 萌發特性 隨機取50粒完整飽滿、大小均勻成熟的牛蒡種子，均勻撒播于盛有經高壓滅菌的濕潤沙土地培養皿中，置于25℃的恒溫培養箱中萌發，每天補充一定的水分，必須保持沙土適量水分。每天記錄種子的萌發數、測量胚根長度，計算萌發率，設3次重復。

1.2.6 種子耐鹽性 挑選飽滿、無病害的種子，經蒸餾水清洗晾干，均勻點入鋪有雙層濾紙的培養皿中。試驗設7個NaCl濃度梯度，分別為0（CK），30，60，90，120，150，180 mmol·L－1。每皿 50粒種子，重復3次。每個培養皿中加入對應處理液，將培養皿置入25℃電熱恒溫培養箱中培養，每天記錄發芽數，更換培養皿中的濾紙并補充對應濃度的處理液，對發霉種子要及時用蒸餾水進行清洗。15 d后對數據進行分析，計算發芽勢、發芽率以及發芽指數。

式中，N1是發芽的種子數，N是供檢測的種子數。

式中，N2是發芽高峰期發芽的種子數，N是供試種子數。

式中，Dt是指發芽日數，Gt是指與Dt相對應的每天發芽種子數。

1.3 數據分析

數據由Microsoft Excel2010進行統計和分析，采用GraphPad Prism 5軟件進行作圖。

2 結果與分析

2.1 牛蒡種子形態特征

牛蒡種子倒長卵形或偏斜倒長卵形，略扁，微彎曲；種皮灰褐色，有細脈紋，分布少量紫黑色斑點，種子粗糙，無光澤（圖1）。牛蒡種子長（縱徑）為6.04 mm，寬（橫徑）為2.79 mm，縱徑與橫徑的比值為2.16。

圖1 牛蒡種子形態特征

2.2 牛蒡種子千粒質量、密度和孔隙度

種子千粒質量、容重、密度及孔隙度是衡量種子品質的重要指標，種子千粒質量可以反映出種子的飽滿程度；一般情況下，種子容重與千粒質量呈正相關，對確定播種量、估算產量具有重要的實踐指導意義；種子密度與孔隙度可衡量種子大小、整齊度、雜質，在種子貯藏時具有指導意義。經檢測，牛蒡種子千粒質量為 10.4 g，容重為 431.80 g·L－1，密度和孔隙度分別為65%和35%。

2.3 種子的吸脹特性

從圖2可以看出，牛蒡種子的吸水過程大體上分為 3 個階段：I（急劇吸水階段，0～24 h），牛蒡種子的吸水率呈快速增加趨勢，尤其在2 h內干種子吸水速率最快，2 h后，吸水速率相對下降，但其吸水率仍迅速增加，此階段的吸水主要由物理吸脹作用引起；II（平穩吸水階段，24～72 h），該階段種子的吸收速率相對平穩，達到 0.01～0.02 g·h－1，種子質量緩慢增加，至72 h時吸水率達80%以上，此階段是生理性吸水階段，用于激活種子萌發過程各種新陳代謝；III（吸水飽和階段，72～96 h），吸收速率幾乎為0，種子吸水量處于飽和狀態，種子質量幾乎不再增加。

圖2 牛蒡種子吸水曲線

2.4 萌發特性

牛蒡種子萌發情況如圖3所示，胚根萌發后迅速增長，下胚軸首先明顯伸長，胚軸呈弧狀向一側彎曲。通過催芽試驗得出，牛蒡種子在催芽后3 d開始萌發，4～7 d是牛蒡種子萌發高峰期，7 d后種子萌發數急劇下降，10 d后種子發芽基本終止。最終結果表明，新疆野生牛蒡種子萌發率普遍較低，平均發芽率為47.3%。牛蒡種子萌發后，胚根生長迅速，其生長速率呈線性增長。

圖3 牛蒡種子萌發進程

2.5 種子的耐鹽性

由表2可知，牛蒡種子的發芽率、發芽勢、發芽指數均隨鹽濃度的升高而受到相應的抑制。當鹽濃度為30 mmol·L－1時，牛蒡種子的發芽率與CK間無顯著差異，但其發芽勢、發芽指數均顯著低于CK，說明低鹽脅迫對牛蒡發芽的整齊程度產生了顯著影響；當鹽濃度低于60 mmol·L－1時，牛蒡種子的萌發受到抑制作用相對較小；當鹽濃度高于 60 mmol·L－1時，發芽率、發芽勢及發芽指數均顯著下降。此外，隨著鹽脅迫濃度的升高，牛蒡種子相對發芽率下降，而相對鹽害率升高，其中，NaCl濃度在 60～90 mmol·L－1時，相對鹽害率增加幅度最為明顯。

綜合各發芽指標說明，鹽脅迫對新疆野生牛蒡種子有明顯的抑制作用，當NaCl溶液濃度低于30 mmol·L－1時，對種子的萌發率影響不顯著，但延長了種子的發芽進程，種子的出苗整齊度受到影響；當 NaCl溶液濃度高于 60 mmol·L－1時，種子萌發受到明顯的鹽害作用，種子的發芽率、發芽勢、發芽指數均顯著降低。這表明牛蒡種子對鹽濃度較為敏感，其耐鹽力相對較弱。

表2 鹽脅迫對種子萌發的影響

3 討 論

新疆野生牛蒡種子千粒質量與不同產地的栽培品種相比居中上水平[9]，說明其種子的飽滿度及質量較高，但萌發率較低，這可能與野生種長期對環境的適應有關。新疆野生牛蒡多生長于溝渠、稀樹路旁、草叢或林邊較濕的地方，新疆地區晝夜溫差大，其種子對溫度、濕度的耐受能力較強，在人為設定條件下的萌發并不一定適應于野生品種，其萌發條件還需進一步探索。

大部分植物種子萌發初期的生長特性主要表現在種胚細胞活化和修復基礎的細胞器合成，需要大量水分和養分的維持[10]。本研究中野生牛蒡在0～96 h的吸水特性表現為三個階段，其中階段Ⅰ是種子吸漲期間的快速吸水期，屬于非生命現象，吸水量與化學成分相關；階段Ⅱ吸水速率變慢，屬于吸水滯緩期即萌動期間吸水；在種子萌發吸水的階段Ⅲ（吸水飽和階段，72～96 h）吸水速率幾乎為零。經階段Ⅰ的快速吸水，原生質的水合程度趨向飽和，細胞膨壓增加以及種子的體積膨脹受種皮的束縛，這些因素都阻礙了細胞的進一步吸水，因而種子萌發在突破種皮前，有一個吸水速度變慢或暫停的階段[11]。而由試驗得知在階段Ⅱ至階段III過程（24～96 h），正是少數種子開始萌動階段（圖2），萌動期間種子內部的生理生化變得旺盛[11]，因此這兩個階段的吸水在牛蒡種子萌發方面具有重要的意義。

鹽脅迫對種子的萌發有抑制作用，在本試驗中，當鹽溶液低于 30 mmol·L－1時，對牛蒡種子的萌發率影響不顯著；當鹽濃度高于30 mmol·L－1時，鹽害率顯著升高，其種子的發芽率、發芽勢、發芽指數均隨著鹽濃度的不斷增加而減小。說明牛蒡種子對鹽比較敏感，其耐鹽性較低，這與陳鑫等[12]的研究結果一致。鹽脅迫條件下，濃度過高的Na+和Cl－，使細胞內滲透勢降低，加之離子毒性作用，破壞了植物細胞的細胞膜，使膜選擇透性增大，導致細胞內溶質外滲，從而抑制種子的萌發，這可能是鹽脅迫下牛蒡種子發芽率低的主要原因。牛蒡植株對土壤類型適應性廣泛，只要光照水分適宜，無論是沙土、壤土、黏土、鹽堿地甚至垃圾填埋處，牛蒡均能良好生長、開花、結果[13]。結合種子的耐鹽性，牛蒡如在鹽堿地上栽培，為了保證出苗率，可在育苗盤里進行育苗，度過牛蒡種子萌發的耐鹽敏感期，從而保證出苗率。

[1]劉世勇.5個產地牛蒡幼苗對水分和鹽脅迫的響應研究[D].雅安:四川農業大學,2015.

[2]胡喜蘭,王國衛,高英.牛蒡根中活性成分的研究[J].食品科學,2007,28(11):113－115.

[3]李大亮,宋楊,周慧華,等.牛蒡子水煎液和牛蒡苷及牛蒡苷元體外抗菌試驗研究[J].黑龍江醫藥,2004,17(6):433－436.

[4]曹旭,曹劍鋒,陳靠山.牛蒡的藥理作用研究進展[J].中國現代應用藥學,2012,29(11):975－979.

[5]朱美銀.牛蒡周年栽培技術要點[J].江蘇農業科學,1996(l):53－54.

[6]楊曉絨,亥依如拉木,塔西買買提·馬合蘇木,等.伊犁地區野生毛牛蒡和牛蒡的種群分布、生態和群落特性的研究[J].中國野生植物資源,2009,28(2):24－28.

[7]劉斌,張文輝.天津不同鹽生境對瑞典能源柳無性系生長發育狀況的影響[J].植物研究,2010,30(3):311－319.

[8]魚小軍,肖紅,徐長林,等.扁蓿豆和苜蓿種子萌發期抗旱性和耐鹽性比較[J].植物遺傳資源學報,2015,16(2):405－410.

[9]許亮,竇德強,康廷國,等.不同產地牛蒡種子發芽實驗及萌發初期牛蒡苷與苷元的積累動態研究[J].中草藥,2009,40(S1):277－279.

[10]郭巧生,趙敏.藥用植物繁育學[M].北京:中國林業出版社,2008.

[11]蔡永萍.植物生理學[M].北京:中國農業出版社,2008.

[12]陳鑫,殷奎德,孫躍春.NaCl脅迫對牛蒡種子萌發的影響[J].黑龍江八一農墾大學學報,2009,21(2):21－24.

[13]郝林華,陳靠山,李光友.耐鹽植物牛蒡的研究進展與應用[J].海洋科學,2004,28(5):69－72.